专利名称：真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高能放电开关，特别涉及一种用于脉冲功率技术、核聚变、高能激光及高能脉冲电流试验的真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关。
背景技术：
高能脉冲放电开关是脉冲功率技术、核聚变、高能激光及高能脉冲技术中常用的关键器件之一，国内用于脉冲功率技术的放电开关，其电荷转移量一般为0.2库仑左右，国外脉冲功率技术研究中，放电开关的单次电荷转移量已达1库仑。随着脉冲功率技术等强电磁脉冲技术的发展，高能脉冲发生装置将发挥愈来愈大的作用，单次通过放电开关的电荷量转移量及脉冲能量也在逐渐增加。如脉冲功率技术中，单次通过放电开关的电荷转移量达1库仑以上；而用于核爆炸效应模拟研究的放电开关，单次电荷转移量高达上百库仑。在高电压脉冲电流试验技术中，单次100kA、8/20μs冲击过程中，通过放电开关的电荷转移量达2库仑左右；而单次100kA、10/350μs冲击过程中，通过放电开关的电荷转移量达50库仑左右。
目前的脉冲放电开关在高能脉冲电弧的作用下，开关的动作范围窄、稳定性差、电极烧蚀严重，工作寿命短，在高电压、大通流容量、工作电压范围宽及要求开关性能优良和使用寿命长的条件下，很难满足要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，此开关具备极大的导通瞬态高能电流的能力，运行可靠且电极的烧蚀率低。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括绝缘外壳和设置在绝缘外壳内的上电极、下电极，其特点是，上电极和下电极通过端法兰设置在绝缘外壳内，且由绝缘外壳及设置在绝缘外壳两端的端法兰构成的密闭壳体内的压力为10-3～10-4Pa，所说的上电极和下电极至少有一个为活动电极，此活动电极通过波纹管与端法兰相连接，在固定电极内还镶嵌有触发电极或在上电极与下电极的放电间隙之间设置有触发电极。
本发明的另一特点是上电极和下电极由触头及与之相连接的导流部分组成；上电极、下电极和触发电极的周围设置有安装在绝缘密闭外壳内壁上的屏蔽罩；波纹管的上端还设置有波纹管屏蔽罩；镶嵌在固定电极中的触发电极为柱状电极，此触发电极通过绝缘套管镶嵌在固定电极中，且柱状触发电极与绝缘套管之间构成了放电间隙；设置在上电极与下电极的放电间隙之间设置的触发电极为圆环状电极；设置在上电极与下电极的放电间隙之间设置的触发电极为圆环状电极，且圆环状触发电极与上电极和下电极相对端面为带有角度的尖状结构。
由于上、下电极密闭在真空环境下，真空介质具有极高的绝缘水平和弧后等离子体的快速扩散，使它具备极大的导通瞬态高能电流的能力，且导电通道密闭在真空环境中而不受外界干扰，大大提高了脉冲开关运行的可靠性；真空电弧的弧电压很低，使电弧引入的能量相对于大气电弧低得多，因而在脉冲电弧的作用下，电极的烧蚀率极低；活动电极通过调控高能脉冲开关的间隙距离，使该高能脉冲开关可以稳定工作在很宽的电压范围内。
图1是本发明实施例1的结构示意图；图2是本发明上、下电极1、2的结构示意图；
图3是本发明实施例2的结构示意图；图4是本发明实施例3的结构示意图；图5是本发明实施例4的结构示意图；图6是本发明实施例5的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
实施例1，参见图1，2，本实施例包括绝缘外壳8和设置在绝缘外壳8内的由触头11和导流部分12组成的上电极1、下电极2，上电极1和下电极2通过端法兰9和端法兰10设置在绝缘外壳8内，且由绝缘外壳8及设置在绝缘外壳8两端的端法兰9、10构成的密闭壳体内的压力为10-3～10-4Pa，上电极1为固定电极，在上电极1内开设有镶嵌柱状触发电极3的绝缘管13，柱状触发电极3与绝缘套管13之间构成了放电间隙4，下电极2为活动电极，下电极2通过波纹管6与端法兰10相连接，波纹管6的上端还设置有波纹管屏蔽罩15，波纹管屏蔽罩15可防止金属蒸汽沉积在波纹管6上，影响波纹管6的特性和寿命，在上电极1、下电极2和触发电极3的周围设置有通过法兰14安装在绝缘密闭外壳8内壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金属蒸汽沉积在绝缘密闭外壳8上，造成上电极1和下电极2短路，屏蔽罩7可以用金属材料，如无氧铜制作。
本发明不同于一般脉冲开关，本发明具有一个固定上电极1、一个活动下电极2和一个镶嵌在固定上电极1中的触发电极3，电极工作在真空环境下，当触发电极3提供足够量的触发脉冲时，触发电极3与固定上电极1之间形成场电子发射，从而形成初始等离子体，随着初始等离子体向放电间隙5的扩散，使电极1和电极2之间的电场发生畸变，直接引发固定上电极1与活动下电极2之间的击穿放电。通过执行机构驱动下电极2沿轴向移动，从而改变上电极1和下电极2之间的间隙距离，使可控三电极高能脉冲开关在宽的工作电压下可靠运行。
实施例2，参见图3，本实施例包括绝缘外壳8和设置在绝缘外壳8内的由触头11和导流部分12组成的上电极1、下电极2，上电极1和下电极2通过端法兰9和端法兰10设置在绝缘外壳8内，且由绝缘外壳8及设置在绝缘外壳8两端的端法兰9、10构成的密闭壳体内的压力为10-3～10-4Pa，上电极1为固定电极，下电极2为活动电极，下电极2通过波纹管6与端法兰10相连接，波纹管6的上端还设置有波纹管屏蔽罩15，波纹管屏蔽罩15可防止金属蒸汽沉积在波纹管6上，影响波纹管6的特性和寿命，在上电极1和下电极2的放电间隙5之间设置有圆环状触发电极3，且在上电极1、下电极2和触发电极3的周围设置有安装在绝缘密闭外壳8内壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金属蒸汽沉积在绝缘密闭外壳8上，造成上电极1和下电极2短路，屏蔽罩7可以用金属材料，如无氧铜制作。
本发明通过执行机构驱动下电极2在波纹管6中沿轴向移动，从而改变上电极1和下电极2之间的间隙距离，使可控三电极高能脉冲开关在宽的工作电压下可靠运行。
实施例3参见图4，本实施例包括绝缘外壳8和设置在绝缘外壳8内的由触头11和导流部分12组成的上电极1、下电极2，上电极1和下电极2通过端法兰9和端法兰10设置在绝缘外壳8内，且由绝缘外壳8及设置在绝缘外壳8两端的端法兰9、10构成的密闭壳体内的压力为10-3～10-4Pa，上电极1和下电极2为活动电极，分别通过波纹管6与端法兰9、10相连接，波纹管6的上端还设置有波纹管屏蔽罩15，波纹管屏蔽罩15可防止金属蒸汽沉积在波纹管6上，影响波纹管6的特性和寿命，在上电极1、下电极2和触发电极3的周围设置有安装在绝缘密闭外壳8内壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金属蒸汽沉积在绝缘密闭外壳8上，造成上电极1和下电极2短路，屏蔽罩7可以用金属材料，如无氧铜制作。
本发明的上电极1和下电极2都为活动电极，在执行机构驱动上电极1和下电极2在波纹管6中沿轴向移动，从而改变上电极1和下电极2之间的间隙距离，使可控三电极高能脉冲开关在宽的工作电压下可靠运行，且具有稳定的触发特性。
实施例4，参见图5，本实施例包括绝缘外壳8和设置在绝缘外壳8内的由触头11和导流部分12组成的上电极1、下电极2，上电极1和下电极2通过端法兰9和端法兰10设置在绝缘外壳8内，且由绝缘外壳8及设置在绝缘外壳8两端的端法兰9、10构成的密闭壳体内的压力为10-3～10-4Pa，上电极1为固定电极，下电极2为活动电极，下电极2通过波纹管6与端法兰10相连接，波纹管6的上端还设置有波纹管屏蔽罩15，波纹管屏蔽罩15可防止金属蒸汽沉积在波纹管6上，影响波纹管6的特性和寿命，在上电极1和下电极2的放电间隙5之间设置有圆环状触发电极3，且圆环状触发电极3与上电极1和下电极2相对端面为带有角度的尖状结构，上电极1、下电极2和触发电极3的周围设置有安装在绝缘密闭外壳8内壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金属蒸汽沉积在绝缘密闭外壳8上，造成上电极1和下电极2短路，屏蔽罩7可以用金属材料，如无氧铜制作。
本发明通过执行机构驱动下电极2在波纹管6中沿轴向移动，从而改变上电极1和下电极2之间的间隙距离，使可控三电极高能脉冲开关在宽的工作电压下可靠运行。
实施例5，参见图6，本实施例包括绝缘外壳8和设置在绝缘外壳8内的由触头11和导流部分12组成的上电极1、下电极2，上电极1和下电极2通过端法兰9和端法兰10设置在绝缘外壳8内，且由绝缘外壳8及设置在绝缘外壳8两端的端法兰9、10构成的密闭壳体内的压力为10-3～10-4Pa，上电极1和下电极2为活动电极，上电极1和下电极2通过波纹管6与端法兰9、10相连接，波纹管6的上端还设置有波纹管屏蔽罩15，波纹管屏蔽罩15可防止金属蒸汽沉积在波纹管6上，影响波纹管6的特性和寿命，在上电极1和下电极2的放电间隙5之间设置有圆环状触发电极3，且圆环状触发电极3与上电极1和下电极2相对端面为带有角度的尖状结构，上电极1、下电极2和触发电极3的周围设置有安装在绝缘密闭外壳8内壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金属蒸汽沉积在绝缘密闭外壳8上，造成上电极1和下电极2短路，屏蔽罩7可以用金属材料，如无氧铜制作。
本发明的上电极1和下电极2都为活动电极，在执行机构驱动上电极1和下电极2在波纹管6中沿轴向移动，从而改变上电极1和下电极2之间的间隙距离，使可控三电极高能脉冲开关在宽的工作电压下可靠运行，且具有稳定的触发特性。
权利要求
1.一种真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，包括绝缘外壳[8]和设置在绝缘外壳[8]内的上电极[1]、下电极[2]，其特征在于上电极[1]和下电极[2]通过端法兰[9]和端法兰[10]设置在绝缘外壳[8]内，且由绝缘外壳[8]及设置在绝缘外壳[8]两端的端法兰[9、10]构成的密闭壳体内的压力为10-3～10-4Pa，所说的上电极[1]和下电极[2]至少有一个为活动电极，此活动电极通过波纹管[6]与端法兰相连接，在固定电极内还镶嵌有触发电极[3]或在上电极[1]与下电极[2]的放电间隙[5]之间设置有触发电极[3]。
2.根据权利要求1所述的真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，其特征在于所说的上电极[1]和下电极[2]由触头[11]及与之相连接的导流部分[12]组成。
3.根据权利要求1所述的真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，其特征在于所说的上电极[1]、下电极[2]和触发电极[3]的周围设置有安装在绝缘密闭外壳[8]内壁上的屏蔽罩[7]。
4.根据权利要求1所述的真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，其特征在于所说的波纹管[6]的上端还设置有波纹管屏蔽罩[15]。
5.根据权利要求1所述的真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，其特征在于所说的镶嵌在固定电极中的触发电极[3]为柱状电极，此触发电极[3]通过绝缘套管[13]镶嵌在固定电极中，且柱状触发电极[3]与绝缘套管[13]之间构成了放电间隙[4]。
6.根据权利要求1所述的真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，其特征在于所说的设置在上电极[1]与下电极[2]的放电间隙[5]之间设置的触发电极[3]为圆环状电极。
7.根据权利要求1所述的真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，其特征在于所说的设置在上电极[1]与下电极[2]的放电间隙[5]之间设置的触发电极[3]为圆环状电极，且圆环状触发电极[3]与上电极[1]和下电极[2]相对端面为带有角度的尖状结构。
全文摘要
真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关，包括设置在绝缘外壳内的上、下电极，且由绝缘外壳及设置在绝缘外壳两端的端法兰构成的密闭壳体内的压力为10
文档编号H01H33/66GK1697107SQ20051004262
公开日2005年11月16日 申请日期2005年4月29日 优先权日2005年4月29日
发明者姚学玲, 陈景亮, 孙伟, 刘东社 申请人:西安交通大学